Gli scienziati spiegano il ruolo di una certa proteina nella generazione di cellule fondamentali per il mantenimento delle ossa
Le malattie croniche delle ossa e delle articolazioni, come l'osteoporosi e l'artrite reumatoide, colpiscono milioni di persone in tutto il mondo, in particolare gli anziani, degradando la loro qualità di vita. Un fattore importante in entrambe queste malattie è l'eccessiva attività delle cellule che dissolvono l'osso chiamate osteoclasti. Gli osteoclasti si formano attraverso la differenziazione da un certo tipo di cellula immunitaria chiamata macrofago, dopo di che acquisiscono il loro nuovo ruolo nel mantenimento delle ossa e delle articolazioni: abbattere il tessuto osseo per consentire agli osteoblasti, un altro tipo di cellula, di riparare e rimodellare il sistema scheletrico .
In generale, in questa differenziazione sono coinvolti due processi intracellulari: in primo luogo, la trascrizione, in cui viene creato un RNA messaggero (mRNA) dalle informazioni genetiche nel DNA, e quindi la traduzione, in cui le informazioni nell'mRNA vengono decodificate per produrre proteine che svolgere funzioni specifiche nella cellula. Dalla scoperta del ruolo di una particolare proteina chiamata RANKL nella formazione degli osteoclasti, gli scienziati hanno risolto una parte considerevole del puzzle in cui le vie di segnalazione cellulare e le reti di trascrizione regolano la generazione degli osteoclasti. Tuttavia, i processi cellulari post-trascrizione coinvolti rimangono da comprendere.
Ora, in un nuovo studio pubblicato su Biochemical and Biophysical Research Communications, gli scienziati della Tokyo University of Science, in Giappone, hanno svelato il ruolo di una proteina chiamata Cpeb4 in questo complesso processo. Cpeb4 fa parte della famiglia di proteine "cytoplasmic polyadenylation element binding (CPEB)", che si legano all'RNA e regolano l'attivazione e la repressione traslazionale, così come i meccanismi di "splicing alternativo" che producono varianti proteiche. Il dottor Tadayoshi Hayata, che ha guidato lo studio, spiega: “Le proteine CPEB sono implicate in vari processi biologici e malattie, come l'autismo, il cancro e la differenziazione dei globuli rossi. Tuttavia, le loro funzioni nella differenziazione degli osteoclasti non sono chiaramente note. Pertanto, abbiamo condotto una serie di esperimenti per caratterizzare una proteina di questa famiglia, Cpeb4, utilizzando colture cellulari di macrofagi di topo ".
Nei vari esperimenti di coltura cellulare condotti, i macrofagi di topo sono stati stimolati con RANKL per innescare la differenziazione degli osteoclasti ed è stata monitorata l'evoluzione della coltura. In primo luogo, gli scienziati hanno scoperto che l'espressione del gene Cpeb4, e di conseguenza la quantità di proteina Cpeb4, è aumentata durante la differenziazione degli osteoclasti. Quindi, attraverso la microscopia a immunofluorescenza, hanno visualizzato i cambiamenti nella posizione di Cpeb4 all'interno delle cellule. Hanno scoperto che Cpeb4 si sposta dal citoplasma nei nuclei, pur presentando forme specifiche (gli osteoclasti tendono a fondersi insieme e formare cellule con più nuclei). Ciò indica che la funzione di Cpeb4 associata alla differenziazione degli osteoclasti è probabilmente svolta all'interno dei nuclei.
Per capire come la stimolazione di RANKL provoca questa rilocalizzazione di Cpeb4, gli scienziati hanno “inibito” o represso selettivamente alcune delle proteine che vengono coinvolte “a valle” nelle vie di segnalazione intracellulari innescate dalla stimolazione. Hanno identificato due percorsi necessari per il processo. Tuttavia, saranno necessari ulteriori esperimenti per conoscere appieno la sequenza di eventi che si verifica e tutte le proteine coinvolte.
Infine, il dottor Hayata e il suo team hanno dimostrato che Cpeb4 è assolutamente necessario per la formazione di osteoclasti utilizzando colture di macrofagi in cui Cpeb4 era attivamente esaurito. Le cellule in queste colture non hanno subito ulteriore differenziazione per diventare osteoclasti.
Nel loro insieme, i risultati sono un trampolino di lancio per comprendere i meccanismi cellulari coinvolti nella formazione degli osteoclasti. Il dottor Hayata osserva: "Il nostro studio fa luce sull'importante ruolo della proteina legante l'RNA Cpeb4 come un" influencer "positivo della differenziazione degli osteoclasti. Questo ci fornisce una migliore comprensione delle condizioni patologiche delle malattie ossee e articolari e può contribuire allo sviluppo di strategie terapeutiche per le principali malattie come l'osteoporosi e l'artrite reumatoide ". Si spera che il livello più profondo di comprensione della generazione di osteoclasti facilitato da questo studio si tradurrà in definitiva in una migliore qualità della vita per le persone che convivono con ossa dolorose e malattie articolari.
Informazioni sulla Tokyo University of Science
La Tokyo University of Science (TUS) è un'università ben nota e rispettata e la più grande università di ricerca privata specializzata in scienze in Giappone, con quattro campus nel centro di Tokyo e nei suoi sobborghi e in Hokkaido. Fondata nel 1881, l'università ha costantemente contribuito allo sviluppo della scienza del Giappone inculcando l'amore per la scienza nei ricercatori, nei tecnici e negli educatori.
Con la missione di "Creare scienza e tecnologia per lo sviluppo armonioso della natura, degli esseri umani e della società", TUS ha intrapreso una vasta gamma di ricerche dalla scienza di base a quella applicata. TUS ha adottato un approccio multidisciplinare alla ricerca e ha intrapreso uno studio intensivo in alcuni dei campi più vitali di oggi. TUS è una meritocrazia in cui il meglio della scienza è riconosciuto e coltivato. È l'unica università privata in Giappone che ha prodotto un premio Nobel e l'unica università privata in Asia a produrre vincitori del premio Nobel nel campo delle scienze naturali.
Informazioni sul professore associato Tadayoshi Hayata dell'Università della scienza di Tokyo
Dal 2018, il dott.Tadayoshi Hayata è Professore Associato e Principal Investigator presso il Dipartimento di Farmacologia Molecolare, Facoltà di Scienze Farmaceutiche, presso l'Università della Scienza di Tokyo. Il suo laboratorio si concentra sul metabolismo osseo, differenziazione cellulare, farmacologia molecolare e campi simili per comprendere la natura delle malattie ossee e articolari e trovare obiettivi terapeutici. Il dottor Hayata è affiliato con diverse società giapponesi e l'American Society for Bone and Mineral Research. Ha pubblicato oltre 50 articoli originali e tenuto oltre 150 presentazioni a convegni accademici. Inoltre, le sue ricerche sull'osteoporosi sono apparse più volte sui giornali giapponesi.
Informazioni di finanziamento
Questo studio è stato sostenuto da JSPS KAKENHI [numero di concessione 18K09053]; Nanken-Kyoten, TMDU (2019); la Fondazione Nakatomi; Astellas Research Support; Contributo accademico Pfizer; Contributo accademico Daiichi-Sankyo; Contributo accademico di Teijin Pharma; Contributo accademico giapponese di Eli Lilly; Contributo accademico farmaceutico di Otsuka; Contributo accademico di Shionogi; Contributo accademico farmaceutico Chugai.
